DE69600377T2 - Partially hydrogenated aminotelechelic oligomers of 1,3-dienes and method for their preparation - Google Patents
Partially hydrogenated aminotelechelic oligomers of 1,3-dienes and method for their preparationInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft partiell hydrierte aminotelechele flüssige Oligomere von 1,3-Dienen, die bei Umgebungstemperatur eine geringe Viskosität aufweisen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Oligomeren.The present invention relates to partially hydrogenated aminotelechelic liquid oligomers of 1,3-dienes which have a low viscosity at ambient temperature, and to a process for preparing these oligomers.
Im US-Patent 2 647 146 wird die Herstellung von langkettigen α,ω-Diaminen beschrieben. Insbesondere betrifft diese Druckschrift die Synthese von aminotelechelen Oligomeren von hydriertem Butadien, die darin besteht, daß man in einer ersten Stufe ein Dinitril der folgenden Formel herstellt: US Patent 2,647,146 describes the preparation of long-chain α,ω-diamines. In particular, this document relates to the synthesis of aminotelechelic oligomers of hydrogenated butadiene, which consists in preparing, in a first step, a dinitrile of the following formula:
in der n eine ganze Zahl von 1 bis 25 bedeutet, R einen im allgemeinen gesättigten Kohlenwasserstoffrest mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 bis 6 bedeutet und C&sub4;H&sub6;- eine Butadieneinheit bedeutet, und anschließend in einer zweiten Stufe das Dinitril (1) zu einem primären Diamin der folgenden Formel hydriert: in which n is an integer from 1 to 25, R is a generally saturated hydrocarbon radical having a carbon number of from 1 to 6 and C₄H₆- is a butadiene unit, and then, in a second step, the dinitrile (1) is hydrogenated to a primary diamine of the following formula:
Das Dinitril (1) wird durch Oligomerisation von Butadien in Gegenwart von symmetrischem Azodinitril in einem Lösungsmittel erhalten.The dinitrile (1) is obtained by oligomerization of butadiene in the presence of symmetrical azodinitrile in a solvent.
Das Diamin (2) wird durch katalytische Hydrierung in Gegenwart von Ammoniak bei Temperaturen von 180 bis 300ºC und bei Drücken von 197 bis 4934 bar erhalten. Beim verwendeten Katalysator handelt es sich um ein Gemisch aus Palladium-auf- Kohlenstoff und Nickel-auf-Kieselgur. Unter diesen Hydrierungsbedingungen werden die Butadieneinheiten -C&sub4;H&sub6;- vollständig zu Dihydrobutadieneinheiten -C&sub4;H&sub8; der Formel (2), die aus gesättigten Ketten der folgenden Strukturen: The diamine (2) is obtained by catalytic hydrogenation in the presence of ammonia at temperatures of 180 to 300°C and at pressures of 197 to 4934 bar. The catalyst used is a mixture of palladium on carbon and nickel on diatomaceous earth. Under these hydrogenation conditions, the butadiene units -C₄H₆- are completely converted into dihydrobutadiene units -C₄H₈ of formula (2) which consist of saturated chains of the following structures:
bestehen, hydriert.consist of, hydrogenated.
Die erhaltenen Produkte liegen bei Umgebungstemperatur in Form von Wachsen vor, die schwierig einzusetzen sind.The products obtained are in the form of waxes at ambient temperature, which are difficult to use.
Das US-Patent 4 920 181 betrifft ebenfalls die Herstellung von langkettigen α,ω-Diaminen der allgemeinen FormelUS Patent 4,920,181 also relates to the production of long-chain α,ω-diamines of the general formula
[X] (NH&sub2;)n (3)[X] (NH₂)n (3)
in der n eine Zahl von 1,4 bis 3 bedeutet und X den Rest eines hydrophoben Vinyloligomeren mit einem Zahlenmittel der Molmasse Mn von 200 bis 5000 bedeutet. Als Beispiele für derartige Oligomere werden Oligobutadiene und Oligoisoprene sowie entsprechende Produkte mit partiell oder vollständig hydrierten Doppelbindungen erwähnt. Wie im US-Patent 2 647 146 werden die Diamine der Formel (3) in zwei Stufen erhalten.in which n is a number from 1.4 to 3 and X is the residue of a hydrophobic vinyl oligomer with a number average molecular weight Mn of 200 to 5000. Examples of such oligomers are oligobutadienes and oligoisoprenes as well as corresponding products with partially or fully hydrogenated double bonds. As in US Patent 2,647,146, the diamines of formula (3) are obtained in two steps.
In einer ersten Stufe wird ein cyanotelecheles Oligobutadien hergestellt, indem man Butadien und ein symmetrisches Azodinitril in einem Lösungsmittel (Toluol) bei Temperaturen von 90 bis 130ºC unter einem Druck von 16 bis 18 bar in Kontakt bringt.In a first step, a cyanotelechelic oligobutadiene is prepared by bringing butadiene and a symmetrical azodinitrile into contact in a solvent (toluene) at temperatures of 90 to 130 °C under a pressure of 16 to 18 bar.
Die Hydrierung der Nitrilgruppen des auf diese Weise erhaltenen cyanotelechelen Oligobutadiens wird in einem Lösungsmittel in Gegenwart von Ammoniak und Raney-Kobalt in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf das zu hydrierende Dinitril, durchgeführt. Diese Hydrierung läuft bei einer Temperatur von 100 bis 200ºC unter Drücken von 100 bis 200 bar ab. Diese Bedingungen ermöglichen die selektive Umwandlung der Nitrilfunktionen in primäre Aminfunktionen. Ferner wird erwähnt, daß die Hydrierungsdauer sehr lang ist oder daß, wenn man dem Raney-Kobalt Raney-Nickel zusetzt, die Oligobutadien- Doppelbindungen mehr oder weniger hydriert werden können. Die in dieser Druckschrift erwähnten Hydrierungsbedingungen (Beispiele 5 bis 8) sind so beschaffen, daß sie zu aminotelechelen Oligobutadienen führen, die einen hohen Anteil an hydrierten Doppelbindungen besitzen, so daß sie bei Umgebungstemperatur in Form von wachsartigen Produkten vorliegen, die schwierig einzusetzen sind.The hydrogenation of the nitrile groups of the cyanotelechelic oligobutadiene thus obtained is carried out in a solvent in the presence of ammonia and Raney cobalt in an amount of 10% by weight relative to the dinitrile to be hydrogenated. This hydrogenation takes place at a temperature of 100 to 200°C under pressures of 100 to 200 bar. These conditions enable the selective conversion of the nitrile functions into primary amine functions. It is also mentioned that the hydrogenation time is very long or that if Raney nickel is added to the Raney cobalt, the oligobutadiene double bonds can be hydrogenated to a greater or lesser extent. The hydrogenation conditions mentioned in this publication (Examples 5 to 8) are such that they lead to aminotelechelic oligobutadienes which have a high proportion of hydrogenated double bonds, so that at ambient temperature they are in the form of waxy products which are difficult to use.
Obgleich in dieser Druckschrift angegeben ist, daß die Doppelbindungen partiell hydriert werden können, findet sich kein Hinweis auf die Natur der betroffenen Doppelbindungen. Es ist aber bekannt, daß 1,3-Diene, insbesondere Butadien, einer 1,4- sowie einer 1,2-Polymerisation unterliegen können. Ferner führt die 1,4-Polymerisation von Butadien zu zwei unterschiedlichen Konfigurationen:Although this publication states that the double bonds can be partially hydrogenated, there is no indication of the nature of the double bonds affected. However, it is known that 1,3-dienes, especially butadiene, can undergo 1,4- and 1,2-polymerization. Furthermore, the 1,4-polymerization of butadiene leads to two different configurations:
- trans-Konfiguration: - trans configuration:
- cis-Konfiguration: - cis configuration:
Dagegen führt die 1,2-Polymerisation zur Bildung von seitenständigen Vinyldoppelbindungen: In contrast, 1,2-polymerization leads to the formation of pendant vinyl double bonds:
Es liegt eine statistische Verteilung der drei Strukturen mit einem Molprozentanteil der seitenständigen Vinyldoppelbindungen von etwa 20% vor.There is a statistical distribution of the three structures with a mole percentage of pendant vinyl double bonds of about 20%.
Nunmehr hat aber die Anmelderin festgestellt, daß sie unter bestimmten Hydrierungsbedingungen mindestens 20% der aus der 1,2-Polymerisation von 1,3-Dienen stammenden Doppelbindungen, die nachstehend als Doppelbindungen vom 1,2-Typ bezeichnet werden, hydrieren konnte, wobei die aus der 1,4- Polymerisation stammenden Doppelbindungen, die nachstehend als Bindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) bezeichnet werden, praktisch intakt blieben.However, the applicant has now found that, under certain hydrogenation conditions, it was able to hydrogenate at least 20% of the double bonds resulting from the 1,2-polymerisation of 1,3-dienes, hereinafter referred to as 1,2-type double bonds, while the double bonds resulting from the 1,4-polymerisation, hereinafter referred to as 1,4-type bonds (cis and trans), remained practically intact.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung von partiell hydrierten aminotelechelen Oligomeren von 1,3-Dienen vor, die mindestens 20 Mol-% und vorzugsweise 25 bis 30 Mol-% hydrierte Doppelbindungen vom 1,2-Typ und höchstens 10 Mol-% und insbesondere weniger als 1 Mol-% hydrierte Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) aufweisen.The present invention proposes a process for the preparation of partially hydrogenated aminotelechelic oligomers of 1,3-dienes containing at least 20 mol% and preferably 25 to 30 mol% of hydrogenated double bonds of the 1,2-type and have a maximum of 10 mol% and in particular less than 1 mol% of hydrogenated double bonds of the 1,4-type (cis and trans).
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung partiell hydrierte aminotelechele Oligomere von 1,3-Dienen der FormelFurthermore, the present invention relates to partially hydrogenated aminotelechelic oligomers of 1,3-dienes of the formula
[P] (ACH&sub2;NH&sub2;)x (4)[P] (ACH₂NH₂)x (4)
in der x eine Zahl von 1,8 bis 2 bedeutet und vorzugsweise praktisch den Wert 2 hat, P einen Oligomerrest eines 1,3-Diens mit einem Gehalt an mindestens 20 Mol-% hydrierten Doppelbindungen vom 1,2-Typ der Struktur (a) in which x is a number from 1.8 to 2 and preferably practically has the value 2, P is an oligomer residue of a 1,3-diene containing at least 20 mol% of hydrogenated double bonds of the 1,2-type of the structure (a)
und höchstens 10 Mol-% hydrierten Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) der Struktur (b) and not more than 10 mol% of hydrogenated double bonds of the 1,4-type (cis and trans) of structure (b)
bedeutet, wobei R¹ in den Strukturen (a) und (b) ein Wasserstoffatom oder einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, A einen zweiwertigen Rest bedeutet, der unter folgenden Resten ausgewählt ist: wherein R¹ in structures (a) and (b) represents a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon radical having 1 to 6 carbon atoms, A represents a divalent radical selected from the following radicals:
worin die Reste R² einen aliphatischen, linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einen cycloaliphatischen Rest mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeuten und n eine ganze Zahl von 3 bis 9 bedeutet, wobei das partiell hydrierte aminotelechele Oligomere des 1,3-Diens ein Zahlenmittel der Molmasse Mn von 500 bis 5000 und vorzugsweise von 1000 bis 3000 aufweist.in which the radicals R² represent an aliphatic, linear or branched hydrocarbon radical having 1 to 6 carbon atoms or a cycloaliphatic radical having 3 to 7 carbon atoms and n represents an integer from 3 to 9, the partially hydrogenated aminotelechelic oligomer of the 1,3-diene having a number average molecular weight Mn of 500 to 5000 and preferably of 1000 to 3000.
Als Beispiele für 1,3-Diene, die bei der Bildung des partiell hydrierten 1,3-Dien-Oligomeren P beteiligt sind, lassen sich Butadien (R¹ = H) und Isopren (R¹ = CH&sub3;-) erwähnen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von Butadien.Examples of 1,3-dienes involved in the formation of the partially hydrogenated 1,3-diene oligomer P include butadiene (R¹ = H) and isoprene (R¹ = CH₃-). The invention relates in particular to the use of butadiene.
Erfindungsgemäß beträgt der Molprozentanteil der hydrierten Doppelbindungen vom 1,2-Typ vorzugsweise 25 bis 30% und der Molprozentanteil der hydrierten Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) vorzugsweise weniger als 1%.According to the invention, the mole percentage of hydrogenated double bonds of the 1,2-type is preferably 25 to 30% and the mole percentage of hydrogenated double bonds of the 1,4-type (cis and trans) is preferably less than 1%.
Unter den zweiwertigen Resten der Struktur Among the divalent residues of the structure
werden solche bevorzugt, in denen R² Isobutyl, Cyclohexyl und insbesondere Methyl bedeutet.Preferred are those in which R² is isobutyl, cyclohexyl and especially methyl.
Unter den zweiwertigen Resten der Struktur Among the divalent residues of the structure
werden solche bevorzugt, in denen n den Wert 4, 5 und 6 hat.those in which n has the value 4, 5 and 6 are preferred.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der partiell hydrierten aminotelechelen Oligomeren von 1,3-Dienen der Formel (4) besteht in der Oligomerisation eines 1,3-Diens der Formel The process according to the invention for the preparation of partially hydrogenated aminotelechelic oligomers of 1,3-dienes of the formula (4) consists in the oligomerization of a 1,3-diene of the formula
in der R¹ die vorstehend erwähnte Bedeutung hat, in Gegenwart eines symmetrischen Azodinitrils der Formelin which R¹ has the meaning mentioned above, in the presence of a symmetrical azodinitrile of the formula
NC-A-N=N-A-CN (5)NC-A-N=N-A-CN (5)
worin A die gleiche Bedeutung wie in der Formel (4) hat, wodurch man ein cyanotelecheles 1,3-Dien-Oligomeres der Formelwhere A has the same meaning as in formula (4), thereby obtaining a cyanotelechelic 1,3-diene oligomer of the formula
[P&sub1;] (ACN)x (6)[P₁] (ACN)x (6)
erhält, in der P&sub1; einen 1,3-Dien-Oligomerrest bedeutet und A und x die gleichen Bedeutungen wie in der Formel (4) haben, woran sich eine Hydrierung in Gegenwart von Raney-Kobalt anschließt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Hydrierung des cyanotelechelen Oligomeren des 1,3- Diens (6) bei Temperaturen von 100 bis 200ºC und vorzugsweise von 140 bis 180ºC unter einem Wasserstoffdruck von 5 x 10&sup5; bis 30 x 10&sup5; Pa und vorzugsweise von 10 x 10&sup5; bis 15 x 10&sup5; Pa in Gegenwart einer Menge an Raney-Kobalt von höchstens 5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte cyanotelechele Oligomere des 1,3-Diens und in Abwesenheit von Ammoniak durchführt.in which P1 represents a 1,3-diene oligomer residue and A and x have the same meanings as in formula (4), followed by hydrogenation in the presence of Raney cobalt, the process being characterized in that the hydrogenation of the cyanotelechelic oligomer of 1,3-diene (6) is carried out at temperatures of from 100 to 200°C and preferably from 140 to 180°C under a hydrogen pressure of from 5 x 105; to 30 x 105; Pa and preferably from 10 x 105 to 15 x 105; Pa in the presence of a quantity of Raney cobalt of not more than 5 wt.%, based on the cyanotelechelic oligomer of the 1,3-diene used, and in the absence of ammonia.
Erfindungsgemäß kann die Dauer der Hydrierung in einem breiten Rahmen variieren und ist nicht kritisch. Jedoch wird vorzugsweise eine Hydrierungsdauer von 30 Stunden nicht überschritten. Vorzugsweise beträgt diese Dauer 2 bis 25 Stunden. Die Hydrierungsreaktion kann in Masse oder in einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Vorzugsweise wird ein inertes Lösungsmittel vom aliphatischen Typ verwendet, z. B. Paraffine mit 6 bis 12 und vorzugsweise 8 bis 12 Kohlenstoffatomen. Als Beispiele für derartige Verbindungen lassen sich Octan, Nonan, Decan oder Gemische von mindestens zwei der genannten Verbindungen erwähnen. Ferner kann man aus paraffinischen oder naphthenischen Kohlenwasserstoffen bestehende Erdölfraktionen verwenden. Die Verwendung von Lösungsmitteln mit einem Gehalt an ungesättigten, nicht-aromatischen Verbindungen wird vermieden.According to the invention, the duration of the hydrogenation can vary within a wide range and is not critical. However, a hydrogenation duration of 30 hours is preferably not exceeded. This duration is preferably 2 to 25 hours. The hydrogenation reaction can be carried out in bulk or in a solvent. Preferably, an inert solvent of the aliphatic type is used, e.g. paraffins with 6 to 12 and preferably 8 to 12 carbon atoms. Examples of such compounds include octane, nonane, decane or mixtures of at least two of the compounds mentioned. Furthermore, petroleum fractions consisting of paraffinic or naphthenic hydrocarbons can be used. The use of solvents containing unsaturated, non-aromatic compounds is avoided.
Die einsetzbare Menge an Raney-Kobalt beträgt höchstens 5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Cyanotelechele 1,3- Dien-Oligomere. Vorzugsweise verwendet man eine Gewichtsmenge von 0,2 bis 2,5%. Insbesondere verwendet man Raney-Kobalt mit einem Kobalt-Gewichtsanteil von mindestens 80% und vorzugsweise von 85 bis 95%.The amount of Raney cobalt that can be used is at most 5% by weight, based on the cyanotelechelic 1,3-diene oligomer used. Preferably, a weight amount of 0.2 to 2.5% is used. In particular, Raney cobalt with a cobalt weight fraction of at least 80% and preferably 85 to 95% is used.
Erfindungsgemäß wird die Hydrierungsreaktion der cyanotelechelen 1,3-Dien-Oligomeren der Formel (6) in Abwesenheit von Ammoniak durchgeführt. Überraschenderweise hat man die Abwesenheit von sekundären und/oder tertiären Aminen festgestellt. Außerdem liegt die Umwandlung der Nitrilgruppen zu primären Amingruppen über 95%. Die cyanotelechelen 1,3-Dien- Oligomeren der Formel (6) sind bekannt und werden in der Literatur beschrieben. Ihre Herstellung ist nicht Gegenstand der Erfindung. Diese Verbindungen können insbesondere erhalten werden, indem man ein 1,3-Dien in Gegenwart eines Initiators vom Typ eines symmetrischen Azodinitrils der Formel (5) gegebenenfalls in einem Lösungsmittel (Aceton) bei einer Temperatur von 60 bis 140ºC und unter Drücken von 5 bis 35 bar polymerisiert.According to the invention, the hydrogenation reaction of the cyanotelechelic 1,3-diene oligomers of formula (6) is carried out in the absence of ammonia. Surprisingly, the absence of secondary and/or tertiary amines has been observed. In addition, the conversion of the nitrile groups to primary amine groups is greater than 95%. The cyanotelechelic 1,3-diene oligomers of formula (6) are known and are described in the literature. Their preparation is not the subject of the invention. These compounds can be obtained in particular by polymerizing a 1,3-diene in the presence of an initiator of the symmetrical azodinitrile type of formula (5), optionally in a solvent (acetone), at a temperature of from 60 to 140°C and under pressures of from 5 to 35 bar.
Das Zahlenmittel der Molmasse (Mn) des cyanotelechelen 1,3-Oligomeren wird durch Variation des Molverhältnisses Azodinitril/1,3-Dien gesteuert.The number average molecular weight (Mn) of the cyanotelechelic 1,3-oligomer is controlled by varying the molar ratio azodinitrile/1,3-diene.
Vorzugsweise arbeitet man unter solchen Bedingungen, daß sich Zahlenmittel der Molmasse Mn von 500 bis 5000 und vorzugsweise von 1000 bis 3000 ergeben.Preferably, the conditions used are such that the number average molecular weight Mn is from 500 to 5000 and preferably from 1000 to 3000.
Nachstehend sind Beispiele für symmetrische Azodinitrile der Formel (5), die erfindungsgemäß verwendet werden können, aufgeführt:Examples of symmetrical azodinitriles of formula (5) which can be used according to the invention are given below:
2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN),2,2'-Azobisisobutyronitrile (AIBN),
2,2'-Azobis-2-methylbutyronitril,2,2'-Azobis-2-methylbutyronitrile,
2,2'-Azobis-2,4-dimethylvaleronitril,2,2'-Azobis-2,4-dimethylvaleronitrile,
1,1'-Azobis-1-cyclohexancarbonitril und1,1'-azobis-1-cyclohexanecarbonitrile and
2,2'-Azobiscyclohexylpropionitril. Man bevorzugt die Verwendung von 2,2'-Azobisisobutyronitril.2,2'-azobiscyclohexylpropionitrile. It is preferred to use 2,2'-azobisisobutyronitrile.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise führt man in einen Autoklaven, der mit einer Rührvorrichtung ausgerüstet ist, das cyanotelechele 1,3-Dien-Oligomere, das Lösungsmittel und das frisch hergestellte Raney-Kobalt ein.According to a preferred procedure, the cyanotelechelic 1,3-diene oligomer, the solvent and the freshly prepared Raney cobalt are introduced into an autoclave equipped with a stirring device.
Sodann wird unter Einleiten eines inerten Gases, wie Stickstoff, auf eine Temperatur von 100/120ºC erwärmt. Nach Beendigung der Stickstoffeinleitung wird das Reaktionsmedium auf eine Temperatur von höchstens 200ºC und vorzugsweise von 140 bis 180ºC erwärmt. Sodann wird Wasserstoff eingeleitet, wobei der Wasserstoffdruck auf 30 bar und vorzugsweise auf 10 bis 15 bar gebracht wird.The mixture is then heated to a temperature of 100/120°C while introducing an inert gas such as nitrogen. After the nitrogen introduction has ended, the reaction medium is heated to a temperature of at most 200°C and preferably from 140 to 180°C. Hydrogen is then introduced, bringing the hydrogen pressure to 30 bar and preferably to 10 to 15 bar.
Die Temperatur und der Druck werden so lange aufrechterhalten, bis man eine praktisch vollständige Umwandlung (> 95%) der Nitrilgruppen in CH&sub2;NH&sub2;-Gruppen feststellt. Dies läßt sich leicht messen, insbesondere aufgrund der alkalischen Beschaffenheit.The temperature and pressure are maintained until a practically complete conversion (> 95%) of the nitrile groups into CH₂NH₂ groups is observed. This is easy to measure, particularly due to the alkaline nature.
Nach Abkühlung wird das Raney-Kobalt durch Filtration entfernt. Anschließend wird das Lösungsmittel durch Eindampfen unter vermindertem Druck entfernt. Man erhält ein flüssiges Produkt, das klar und fast ungefärbt ist.After cooling, the Raney cobalt is removed by filtration. The solvent is then removed by evaporation under reduced pressure. A liquid product is obtained that is clear and almost colorless.
Unter diesen Bedingungen ergibt sich ein Hydrierungsgrad der gesamten Doppelbindungen des cyanotelechelen 1,3-Oligomeren von höchstens 25%.Under these conditions, the degree of hydrogenation of the total double bonds of the cyanotelechelic 1,3-oligomer is at most 25%.
Dieser Hydrierungsgrad läßt sich insbesondere durch die Iodzahl der erhaltenen Produkte, die zwischen 250 und 400 liegt, bestimmen.This degree of hydrogenation can be determined in particular by the iodine number of the products obtained, which is between 250 and 400.
Durch ¹³C-NMR-Analyse stellt man fest, daß der Hydrierungsgrad der Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) höchstens 10% beträgt und im allgemeinen unterhalb von 1% liegt, während der Hydrierungsgrad der Doppelbindungen vom 1,2-Typ mindestens 20% und vorzugsweise 25 bis 30% beträgt.By ¹³C NMR analysis it is found that the degree of hydrogenation of the 1,4-type double bonds (cis and trans) is at most 10% and is generally less than 1%, while the degree of hydrogenation of the 1,2-type double bonds is at least 20% and preferably 25 to 30%.
Der gesamte Hydrierungsgrad der Doppelbindungen beträgt vorzugsweise 5 bis 15%.The total degree of hydrogenation of the double bonds is preferably 5 to 15%.
Das Zahlenmittel der Molmasse Mn des erhaltenen partiell hydrierten aminotelechelen 1,3-Oligomeren ist eine Funktion des Zahlenmittels der Molmasse des eingesetzten cyanotelechelen 1,3-Dien-Oligomeren.The number average molar mass Mn of the partially hydrogenated aminotelechelic 1,3-oligomer obtained is a function of the number average molar mass of the cyanotelechelic 1,3-diene oligomer used.
Diese Molmasse Mn beträgt 500 bis 5000 und vorzugsweise 1000 bis 3000.This molecular mass Mn is 500 to 5000 and preferably 1000 to 3000.
Die erfindungsgemäßen partiell hydrierten aminotelechelen 1,3-Oligomeren besitzen den Vorteil, daß es sich um Flüssigkeiten von geringer Viskosität und geringer Färbung (Farbindex auf der GARDNER-Skala kleiner als 4) handelt. Sie weisen im allgemeinen Viskositätswerte von weniger als 2000 mPa s bei 30ºC auf.The partially hydrogenated aminotelechelic 1,3-oligomers according to the invention have the advantage of being liquids of low viscosity and low color (color index on the GARDNER scale less than 4). They generally have viscosity values of less than 2000 mPa s at 30°C.
Ihre durch DSC gemessene Glasübergangstemperatur liegt im Bereich von -85 bis -75ºC.Their glass transition temperature measured by DSC is in the range of -85 to -75ºC.
Derartige Oligomere können insbesondere bei der Synthese von Blockcopolymeren, bei der Synthese von Polyharnstoffen und in Polyurethan-Zubereitungen als "Aktivatoren" der Reaktivität von hydroxylierten Polybutadienen verwendet werden.Such oligomers can be used in particular in the synthesis of block copolymers, in the synthesis of polyureas and in polyurethane preparations as "activators" of the reactivity of hydroxylated polybutadienes.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.The invention is explained below using examples.
In einem 5 Liter fassenden Autoklaven werden 91,08 g 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN) (0,555 Mol) vorgelegt. Sodann wird der Autoklav hermetisch verschlossen und von Sauerstoff befreit. Anschließend werden 2000 g Butadien (36,975 Mol) zugegeben. Das Reaktionsmedium wird gerührt und auf 92ºC gebracht, wobei diese Temperatur 3 Stunden gehalten wird. Der Druck variiert während der Reaktionsdauer von 14 x 10&sup5; bis 18 x 10&sup5; Pa.91.08 g of 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN) (0.555 mol) are placed in a 5 litre autoclave. The autoclave is then hermetically sealed and freed of oxygen. 2000 g of butadiene (36.975 mol) are then added. The reaction medium is stirred and brought to 92°C, where this temperature is maintained for 3 hours. The pressure varies from 14 x 10⁵ to 18 x 10⁵ Pa during the reaction.
Nach Abkühlen des Reaktionsmediums auf etwa 20ºC wird überschüssiges Butadien durch Entgasen entfernt. Sodann wird der erhaltene ungefärbte und klare Rückstand (722 g) in einen Rotationsverdampfer gebracht, wonach unter vermindertem Druck Butadien, das in Lösung gehen kann, und gegebenenfalls einige flüchtige Verunreinigungen entfernt werden.After cooling the reaction medium to about 20°C, excess butadiene is removed by degassing. The clear, uncoloured residue obtained (722 g) is then placed in a rotary evaporator and any butadiene that may dissolve and any volatile impurities are removed under reduced pressure.
Nach Filtration des auf diese Weise behandelten Produkts erhält man 595 g eines cyanotelechelen 1,3-Butadien-Oligomeren, das die folgenden physikochemischen Eigenschaften aufweist:After filtration of the product treated in this way, 595 g of a cyanotelechelic 1,3-butadiene oligomer are obtained, which has the following physicochemical properties:
- Ausbeute: 28%, bezogen auf das eingesetzte Butadien- Yield: 28%, based on the butadiene used
- Brookfield-Viskosität bei 30ºC: 980 mPa s- Brookfield viscosity at 30ºC: 980 mPa s
- Zahlenmittel der Molmasse Mn, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie (Standard): Polystyrol (umgerechnet auf äquivalentes Polybutadien): 1380- Number average molecular weight Mn, determined by gel permeation chromatography (standard): Polystyrene (converted to equivalent polybutadiene): 1380
- Iodzahl = 406- Iodine number = 406
Das cyanotelechele 1,3-Butadien-Oligomere wurde durch ¹³C-MR-Analyse an einer BRUCKER -Vorrichtung (Frequenz für ¹³C = 75,47 MHz) mit CDCl&sub3; als Lösungsmittel identifiziert.The cyanotelechelic 1,3-butadiene oligomer was identified by ¹³C MR analysis on a BRUCKER apparatus (frequency for ¹³C = 75.47 MHz) using CDCl₃ as solvent.
Der molprozentuale Anteil der Doppelbindungen vom 1,4- Typ (cis und trans) beträgt 79% und der der Doppelbindungen vom 1,2-Typ 21%.The mole percentage of 1,4-type double bonds (cis and trans) is 79% and that of 1,2-type double bonds is 21%.
Beim verwendeten Raney-Kobalt handelt es sich um Raney- Kobalt Typ A-8000 der Fa. Activated Metal and Chemicals Inc. Es besteht zu 86 bis 95% aus Kobalt und zu 5 bis 14% aus Aluminium.The Raney cobalt used is Raney cobalt type A-8000 from Activated Metal and Chemicals Inc. It consists of 86 to 95% cobalt and 5 to 14% aluminum.
In einem 1 Liter fassenden Autoklaven, der mit einem Rührer, einer Heizvorrichtung sowie Temperatur- und Druckfühlern ausgerüstet ist, werden 300 g des cyanotelechelen 1,3- Butadien-Oligomeren von Beispiel 1, 45 g Octan und 6 g Raney- Kobalt, d. h. 2 Gew.-% in bezug auf das eingesetzte Dinitril, vorgelegt. Das Raney-Kobalt ist vorher mit Methanol gewaschen worden, um den Großteil des enthaltenen Wassers zu entfernen. Anschließend erwärmt man unter Einleiten von Stickstoff auf 120ºC und hält diese Temperatur aufrecht, die erforderlich ist, um den Wassergehalt unter 250 ppm zu halten.300 g of the cyanotelechelic 1,3-butadiene oligomer of Example 1, 45 g of octane and 6 g of Raney cobalt, ie 2% by weight with respect to the dinitrile used, are placed in a 1 liter autoclave equipped with a stirrer, a heater and temperature and pressure sensors. The Raney cobalt has previously been washed with methanol to remove most of the water it contains. The mixture is then heated to 120°C while introducing nitrogen. and maintains this temperature, which is necessary to keep the water content below 250 ppm.
Sodann wird das Einleiten von Stickstoff beendet und die Temperatur auf 140ºC gebracht. Anschließend wird Wasserstoff eingeleitet, wobei der Gesamtwasserstoffdruck auf 12 x 10&sup5; Pa gebracht wird. Die Temperatur und der Druck werden 12 Stunden aufrechterhalten. Nach dieser Zeitspanne ergibt sich eine Umwandlung der -CN-Gruppen zu -CH&sub2;NH&sub2;-Gruppen von mehr als 95%. Dazu wird die Alkalinität gemessen, die in diesem Fall 1,33 mÄq HCl/g beträgt. Anschließend wird das Raney-Kobalt durch Filtration entfernt und das Octan unter vermindertem Druck abgedampft.The nitrogen injection is then stopped and the temperature is brought to 140ºC. Hydrogen is then introduced, bringing the total hydrogen pressure to 12 x 10⁵ Pa. The temperature and pressure are maintained for 12 hours. After this period, the -CN groups have been converted to -CH₂NH₂ groups by more than 95%. The alkalinity is measured, which in this case is 1.33 mEq HCl/g. The Raney cobalt is then removed by filtration and the octane is evaporated under reduced pressure.
Man erhält ein klares, schwach gefärbtes Produkt, das auf der GARDNER-Skala einen Farbwert von 3 aufweist und folgende physikochemischen Eigenschaften besitzt:A clear, slightly colored product is obtained which has a color value of 3 on the GARDNER scale and has the following physicochemical properties:
- Brookfield-Viskosität bei 30ºC: 1300 mPa s- Brookfield viscosity at 30ºC: 1300 mPa s
- Zahlenmittel der Molmasse Mn: 1400- Number average molecular weight Mn: 1400
- Funktionalität: 1,86- Functionality: 1.86
- Glasübergangstemperatur, gemessen durch Differentialthermoanalyse: -80ºC- Glass transition temperature, measured by differential thermal analysis: -80ºC
- Iodzahl = 387- Iodine number = 387
Der prozentuale Anteil an Doppelbindungen vom 1,2- und 1,4-Typ (cis und trans) sowie die Umwandlung der -CN-Gruppen in -CH&sub2;NH&sub2;-Gruppen wird durch NMR-Analyse an einer BRUCKER- Vorrichtung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt.The percentage of double bonds of the 1,2- and 1,4-type (cis and trans) as well as the conversion of the -CN groups into -CH2NH2 groups are determined by NMR analysis on a BRUCKER apparatus under the same conditions as in Example 1.
Im ¹³C-NMR-Spektrum des erhaltenen partiell hydrierten aminotelechelen 1,3-Butadien-Oligomeren stellt man zwischen 50 und 56 ppm charakteristische Kohlenstoffbanden von CH&sub2;NH&sub2;- Gruppen fest, die hydrierten endständigen CN-Gruppen entsprechen. Die charakteristischen Banden für endständige CN-Gruppen befinden sich etwa bei 125 ppm.In the 13C NMR spectrum of the partially hydrogenated aminotelechelic 1,3-butadiene oligomer obtained, characteristic carbon bands of CH₂NH₂ groups, which correspond to hydrogenated terminal CN groups, are observed between 50 and 56 ppm. The characteristic bands for terminal CN groups are located at approximately 125 ppm.
Durch Integration dieser Banden läßt sich der Umwandlungsgrad der -CN-Gruppen zu -CH&sub2;NH&sub2;-Gruppen bestimmen, der im vorliegenden Fall in der Nähe von 95% liegt.By integrating these bands, the degree of conversion of the -CN groups to -CH₂NH₂ groups can be determined, which in the present case is close to 95%.
Die Bande zwischen 10 und 12 ppm entspricht -CH&sub3;-Gruppen von hydrierten Doppelbindungen vom 1,2-Typ. Durch Integration dieser Banden in Kombination mit der Integration der Banden, die sich bei etwa 143 ppm und zwischen 126 und 136 ppm befinden und Doppelbindungen vom 1,2-Typ bzw. Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) entsprechen, ist es möglich, den prozentualen Anteil von hydrierten Doppelbindungen vom 1,2-Typ zu berechnen. Der Anteil an -CH&sub2;-Gruppen aufgrund der Hydrierung von Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans) wird durch Berechnung ermittelt, wobei man ein Verhältnis von 21%/79% von Doppelbindungen vom 1,2-Typ und 1,4-Typ (cis und trans) berücksichtigt.The band between 10 and 12 ppm corresponds to -CH₃- groups of hydrogenated double bonds of the 1,2-type. By integrating these bands in combination with the integration of the bands, which are located at about 143 ppm and between 126 and 136 ppm and correspond to 1,2-type double bonds and 1,4-type double bonds (cis and trans), respectively, it is possible to calculate the percentage of hydrogenated 1,2-type double bonds. The percentage of -CH₂ groups due to hydrogenation of 1,4-type double bonds (cis and trans) is determined by calculation, taking into account a ratio of 21%/79% of 1,2-type and 1,4-type double bonds (cis and trans).
So beträgt für das unter den vorerwähnten Hydrierungsbedingungen erhaltene partiell hydrierte aminotelechele 1,3-Butadien-Oligomere der prozentuale Anteil der hydrierten Doppelbindungen 2% und der prozentuale Anteil der hydrierten Doppelbindungen vom 1,2-Typ 25,5%.Thus, for the partially hydrogenated aminotelechelic 1,3-butadiene oligomer obtained under the above-mentioned hydrogenation conditions, the percentage of hydrogenated double bonds is 2% and the percentage of hydrogenated double bonds of the 1,2-type is 25.5%.
In den folgenden Beispielen 3, 4, 5 und 6 wird die Hydrierung des in Beispiel 1 erhaltenen cyanotelechelen 1,3-Butadien-Oligomeren durchgeführt.In the following Examples 3, 4, 5 and 6, the hydrogenation of the cyanotelechelic 1,3-butadiene oligomer obtained in Example 1 is carried out.
Man verfährt wie in Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß verschiedene Reaktionsparameter (Druck, Temperatur und prozentualer Anteil an Raney-Kobalt) variiert werden.The procedure is as in Example 2, except that various reaction parameters (pressure, temperature and percentage of Raney cobalt) are varied.
Die Variationen dieser Reaktionsparameter sowie die physikochemischen Eigenschaften der partiell hydrierten aminotelechelen 1,3-Butadien-Oligomeren sind in Tabelle 1 aufgeführt.The variations of these reaction parameters as well as the physicochemical properties of the partially hydrogenated aminotelechelic 1,3-butadiene oligomers are listed in Table 1.
In dieser Tabelle sind die Prozentwerte für die Hydrierung der Doppelbindungen sowie der Nitrilgruppen durch ¹³C- NMR-Analyse gemäß der in Beispiel 2 angegebenen Berechnungsart bestimmt. Tabelle 1 In this table, the percentage values for the hydrogenation of the double bonds and the nitrile groups are determined by ¹³C NMR analysis according to the calculation method given in Example 2. Table 1
Wir hydrierten das in Beispiel 1 erhaltene cyanotelechele 1,3-Butadien-Oligomere unter den im US-Patent 4 920 181 (Beispiele 5 bis 8) angegebenen Hydrierungsbedingungen. Es handelte sich um folgende Bedingungen:We hydrogenated the cyanotelechelic 1,3-butadiene oligomer obtained in Example 1 under the hydrogenation conditions given in US Patent 4,920,181 (Examples 5 to 8). These were the following conditions:
- Temperatur T: 200ºC- Temperature T: 200ºC
- Katalysator: Raney-Kobalt, 10 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Dinitril- Catalyst: Raney cobalt, 10 wt.%, based on the dinitrile used
- Lösungsmittel: Toluol- Solvent: Toluene
- Anwesenheit von Ammoniak- Presence of ammonia
- Gesamtdruck: 100 x 10&sup5; Pa mit einem partiellen Wasserstoffdruck von 70 x 10&sup5; Pa und einem partiellen Ammoniakdruck von 30 x 10&sup5; Pa- Total pressure: 100 x 10⁵ Pa with a partial hydrogen pressure of 70 x 10⁵ Pa and a partial ammonia pressure of 30 x 10⁵ Pa
- Hydrierungsdauer: 10 Stunden- Hydrogenation time: 10 hours
Unter diesen Hydrierungsbedingungen wurdenUnder these hydrogenation conditions,
- 95% der Doppelbindungen vom 1,2-Typ hydriert und- 95% of the 1,2-type double bonds are hydrogenated and
- 31,9% der Doppelbindungen vom 1,4-Typ (cis und trans)- 31.9% of the double bonds are of the 1,4-type (cis and trans)
hydriert.hydrogenated.
Die Umwandlung der -CN-Gruppen zu -CH&sub2;NH&sub2;-Gruppen war praktisch quantitativ.The conversion of the -CN groups to -CH2NH2 groups was practically quantitative.
Das erhaltene Produkt war wachsartig.The product obtained was waxy.
Das aminotelechele partiell hydrierte 1,3-Butadien-Oligomere von Beispiel 2 (nachstehend als diaminiertes Oligomeres bezeichnet) wurde in seiner Eigenschaft als Reaktivitätsaktivator in einer Polyurethanzusammensetzung getestet.The aminotelechelic partially hydrogenated 1,3-butadiene oligomer of Example 2 (hereinafter referred to as diaminated oligomer) was tested as a reactivity activator in a polyurethane composition.
Ein hydroxyliertes Polybutadien mit einer Funktionalität von 2,3 wurde mit 10 Gew.-% des diaminierten Oligomeren mit einer Funktionalität von 1,85 zubereitet. Eine in bezug auf die -OH- und -NH&sub2;-Gruppen äquimolare Menge an Diisocyanat wurde zugesetzt. Die Gelbildungskinetik oder Reaktionskinetik wurde durch Bestimmung der Viskosität gemessen. Die Gelbildung beginnt nach 40 Minuten, wenn 10 Gew.-% diaminiertes Oligomeres zugesetzt werden, während sie in Abwesenheit des diaminierten Oligomeren erst nach 80 Minuten beginnt.A hydroxylated polybutadiene with a functionality of 2.3 was prepared with 10 wt% of the diaminated oligomer with a functionality of 1.85. An equimolar amount of diisocyanate with respect to the -OH and -NH2 groups was added. The gelation kinetics or reaction kinetics were measured by determining the viscosity. Gel formation starts after 40 minutes when 10 wt% of diaminated oligomer is added, while in the absence of the diaminated oligomer it only starts after 80 minutes.
Das diaminierte Oligomere ermöglicht unter diesen Bedingungen die Verdoppelung der Reaktivität des Polyurethansystems.Under these conditions, the diaminated oligomer enables the reactivity of the polyurethane system to be doubled.
Claims (10)
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FR9515353A FR2742760B1 (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | PARTIALLY HYDROGEN AMINOTELECHELIC 1,3 DIENE OLIGOMERS AND PROCESS FOR THE PREPARATION THEREOF |
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